KR0125732B1 - 공기 조화기의 냉난방제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기조화기의 냉난방능력을 조절하는 제어장치에 관한 것으로 초음파에너지가 방사된 뒤 실내벽면에서 반사되어 오는 시간을 분석하여 실내의 냉난방부하를 판별하고 그 결과에 따라 출력단에 접속된 부하를 제어하는 마이크로 컴퓨터와, 에너지의 변환을 행하는 초음파센서와, 상기 초음파센서에 펄스신호를 출력하여 변환된 초음파에너지가 초음파센서로부터 송신되도록하고 또한 반사된 에코신호를 수신하여 이를 마이크로 컴퓨터에 출력하고 송수신부와, 상기 마이크로 컴퓨터에서 출력되는 제어신호에 따라 부하를 다단적으로 구동시키는 부하 드라이버로 구성되어 냉난방 면적에 따라 냉난방능력을 자동으로 조절함으로써 냉난방효율을 향상시키며 소비전력을 절감할 수 있도록 한다.

Description

공기 조화기의 냉난방제어장치

제1도는 일반적인 냉난방공기조화기의 냉난방싸이클도.

제2도는 본 발명에 따른 초음파센서가 접속된 제어시스템의 전체적인 블럭도.

제3도는 본 발명 공기조화기가 설치된 실내의 평면도로서 마이크로컴퓨터에 셋팅된 실내 면적산출 프로그램의 구체적인 실시예.

제4도는 본 발명 공기조화기가 설치된 실내의 체적 산출프로그램에 따른 구체적인 실시예로서, 제4도(a)는 공기조화기가 설치된 실내평면도이고, 제4도(b)는 실내의 측면도.

제5도는 본 발명에 적용된 냉난방제어방법을 도시한 플로우챠트.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 초음파센서3 : 마이크로 컴퓨터

4 : 송신부5 : 수신부

6 : 초음파 발진회로7 : 게이트회로

8 : 주발진회로9 : 증폭회로

10 : 검파회로11 : 파형정형회로

본 발명은 냉, 난방 겸용으로 사용되는 공기조화기에 관한 것으로, 특히 초음파센서와 마이크로 컴퓨터를 이용하여 냉난방면적을 산출한 뒤 이에 따라 냉난방 능력을 자동으로 조절함으로써 냉난방효율을 향상시키고 소비전력을 절감할 수 있도록된 공기조화기의 냉난방 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 거주용이나 이와 유사한 용도에 사용되는 냉난방겸용의 공기조화기는 제1도에 도시한 바와 같이 압축기(31), 응축기(32), 고압밸브(33), 캐필러리튜브(34) 및 증발기(35)가 순차적으로 연결되어 냉난방 싸이클을 구성하고 냉매가 흐르는 방향을 정, 역으로 전환하는 방식으로 냉방 또는 난방운전을 수행토록 되어 있다.

이러한 구조로 된 공기조화기를 냉방용으로 사용할 경우, 공기조화기의 용량에 관련된 냉방능력과 냉방부하는 냉방면적과 함수관계를 갖게 된다.

즉, 실내 냉방을 실시함에 있어서, 실내면적이 좁을 경우 실내온도를 설정 온도까지 낮추어 냉방상태를 유지시키기 위해서는 공기조화기의 작은 출력으로도 가능하므로 공기조화기의 냉방능력은 실내면적의 감소와 함께 증가하게 되나 냉방을 실시하고자 하는 면적, 즉 냉방부하는 감소하게 된다.

예를 들면, 냉방부하는 실내면적의 증가에 따라 함께 증가하게 되는 것이다.

이와달리 냉방을 해주어야 하는 실내면적이 넓을 경우에는 넓은 면적에 해당하는 만큼 공기조화기의 출력을 높혀주어야 하므로 그 만큼 공기조화기의 냉방능력은 감소하게되는 반면에, 냉방을 해주어야 하는 전체면적 즉 난방부하는 증가하게 된다.

한편, 공기조화기를 난방용으로 사용할 경우에는 상술한 냉방용으로 사용할 때와 동일한 현상이 일어난다. 즉 실내면적이 좁을 경우 실내온도를 설정온도까지 높히기 위해서는 공기조화기의 작은 출력으로도 가능하므로 공기조화기의 난방능력은 실내면적의 감소와 함께 증가하게 되나 난방을 실시하고자 하는 면적 즉 난방부하는 실내면적의 증가에 따라 함께 증가하게 되는 것이다.

따라서 실내면적이 넓을 경우에는 넓은 면적에 해당하는 만큼 공기조화기의 출력을 높혀주어야 하므로 그만큼 공기조화기의 난방능력은 감소하게되는 반면, 난방을 해주어야 하는 난방부하는 점차 증가하게 된다.

다시 말하면, 냉난방겸용 공기조화기는 난방용으로 사용될 때 그 난방능력은 실내면적의 증가에 반비례하여 감소하는 반면에 난방부하는 실내면적의 증가에 비례하여 함께 증가하게되며, 상기 공기조화기를 냉방용으로 사용할 경우에도 마찬가지로 그 냉방능력은 실내면적의 증가에 반비례하여 감소하는 반면, 냉방부하는 비례하여 증가하게 된다.

그러나, 종래에는 실내면적에 관계없이 온도센서를 이용하여 실내온도를 감지한후 냉방 또는 난방하고자 하는 온도의 차를 줄이는 방식으로 실내의 난방 또는 냉방을 제어하였다.

즉, 상기 공기조화기를 이용하여 실내냉방을 실시할 경우 사용자가 기기에 설정한 온도와 실내의 현재온도를 마이크로 컴퓨터가 비교한 뒤 그 편차를 계속 피드백하여 그 편차를 최소화하는 방향으로 냉방을 실시하여 왔다.

따라서, 실내의 현재온도와 기기에 설정한 온도가 일치할 때에는 기기의 동작을 일시적으로 정지시키게 되고, 그 편차가 다시 벌어질 경우 재차 냉방을 실시하게 되는데, 이때 그 냉방의 편차가 매우 클 경우에는 강냉으로 동작시키게되고, 그 편차가 점차 줄어들게 되면 서서히 중간 단계에서 약냉으로 전환하여 동작시키면서 그 편차를 줄이게 되는 것이다.

한편, 상기 공기조화기를 이용하여 난방을 실시할 경우에는 상기 냉방과 유사하게 동작하게 된다. 즉, 사용자는 기기에 원하는 온도를 설정한 다음 난방모드로 절환하여 구동전원을 공급하게 되면 마이크로 컴퓨터는 기기에 설정된 온도와 현재의 실내온도를 비교한 후 그 편차를 피드백하여 실내의 난방을 제어하게 된다.

따라서, 실내의 현재온도가 기기에 설정된 온도에 비해 매우 낮을 경우, 즉 온도 편차가 매우 클 경우에는 순간적으로 난방능력을 최대한으로 높혀 최대로 강력한 난방을 실시하다가 그 편차가 점차 줄어들게되면 난방능력을 줄여가면서 서서히 중간단계에서 약으로 전환함으로써 그 편차를 줄이게 되는 것이다.

이와같이, 종래에는 온도센서를 이용하여 냉난방을 제어하여 왔기 때문에 냉난방효율이 낮아지게 되고 또한 소비전력이 증가하게 되는 문제점이 있었다.

즉, 종래에는 실내면적에 관계없이 온도센서가 검출한 실내온도에 따라 공기조화기의 냉난방을 제어하였기 때문에 설정된 온도와 실내온도와의 편차가 클 경우 실내면적, 즉 냉난방부하가 크고 작음에 관계없이 냉난방능력전부를 일시에 발휘하게 되므로, 초기에 전력의 소모가 크게 되고, 또한 냉난방부하가 큰 경우에는 냉난방능력의 변화폭이 크게 되므로 실내의 온도를 감지하여 냉난방을 제어하는 방식으로는 효율적인 냉난방을 실시할 수 없게 되는 것이다.

이에 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 초음파센서에서 초음파에너지를 방사한 후 실내벽면에 부딪혀 반사되어오는데 소요되는 시간을 측정하여 마이크로 컴퓨터에서 실내냉난방면적을 산출한 뒤 공기조화기의 용량에 따라 설정된 기준면적과 비교하여 냉난방부하를 결정하고 그 결과에 따라 실내의 냉방 또는 난방을 실시하도록된 공기조화기의 냉난방제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명 냉난방제어장치는 펄스신호를 출력하는 송신부와, 상기 송신부의 출력신호를 받아 초음파에너지로 변환한 뒤 이를 실내벽면에 방사하고 그 반사파에코신호를 수신하는 초음파센서와, 상기 초음파센서가 수신한 에코신호를 수신하는 수신부와, 상기 송신부에서 출력하는 펄스신호의 출력타이밍데이터 및 상기 수신부에서 수신한 에코신호를 받아 실내의 냉난방 부하를 판별하는 마이크로 컴퓨터와, 상기 마이크로 컴퓨터에서 출력되는 냉난방제어신호에 따라 부하를 다단적으로 구동시키는 구동드라이버로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 초음파센서는 짧은 주기를 갖는 강력한 초음파에너지 펄스를 공기조화기가 설치된 실내의 고정반사물, 즉 실내의 벽면에 반사한 후 그 벽면으로부터 반사되어오는 초음파 에코신호를 수신하고, 마이크로 컴퓨터(이하 마이컴 이라함)는 상기 초음파센서로부터 초음파가 방사된 뒤 실내벽면으로부터 반사되어 오는 시간을 측정하여 실내면적을 산출한 뒤 실내에 설치된 공기조화기의 용량에 따라 설정된 기준면적과 비교하여 냉난방부하를 결정하고 그 결과에 따라 출력단에 접속된 부하 드라이버를 제어하여 부하를 다단적으로 구동시키게 되는 것이다.

다음은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

제2도에는 초음파센서가 연결된 제어시스템의 개략적인 블럭도가 도시되어 있는바, 상기 도면에서 참조번호 1은 초음파에너지를 방사한 후 실내의 벽면에서 반사된 초음파에코신호를 수신하는 초음파센서를 나타내고, 이 초음파센서(1)는 송수신회로부를 통해 마이컴(3)에 접속된다.

상기 송수신회로부는 초음파에너지로 변환되는 펄스신호를 발생시켜 상기 초음파센서(1)에 출력하는 송신부(4)와, 상기 초음파센서(1)에서 수신한 아날로그 형태의 에코신호를 받아드린후 디지탈신호로 변환시켜 이를 마이컴(3)에 출력하는 수신부(5)로 구성된다.

또한, 상기 송신부(4)는 상기 초음파센서(1)에서 초음파에너지로 변환되는 펄스신호를 발생하는 초음파 발진회로(6)와 이 초음파 발진회로(6)의 출력단에 접속되어 상기 펄스신호의 출력을 게이트하는 게이트회로(7)로 구성되고 상기 게이트회로(7)는 센서에 고전압을 부여하는 승압회로(17)를 통해 펄스신호를 초음파에너지로 변환하는 초음파센서(1)에 접속된다. 상기에서, 게이트회로(7)는 또한 마이컴(3)과 함께 주발진회로(8)에 접속되어 주발진회로(8)에서 발생되는 클럭에 맞추어 펄스신호의 출력을 게이트한다.

한편 상기 수신부(5)는 초음파센서(1)에 입력된 에코신호의 이득을 높히고 잡음성분을 제거하는 증폭회로(9)와 이 증폭회로(9)의 출력단에 접속되어 수신된 에코신호를 기 설정된 주파수에 동조시켜 에코신호를 검파하는 검파회로(10) 및, 이 검파회로(10)의 출력단에 접속되어 아날로그의 상기 에코신호를 디지탈 신호로 변환하는 파형정형회로(11)로 구성되며 상기 송신부(4) 및 수신부(5)는 공히 마이컴(3)에 접속된 구조를 이룬다.

다음은 본 발명 실시예의 작용 및 효과에 대하여 설명한다.

제2도에 있어서 초음파센서(1)를 통해 초음파에너지로 변환되는 펄스 신호는 송신부(4)내의 초음파 발진회로(6)로부터 도선(12)을 통해 초음파센서(1)로 인가되고 이 펄스인가 동작은 게이트회로(7)에 의해서 제어된다. 또한 실내의 벽면으로부터 반사되어 초음파센서(1)에서 전기적 신호로 변환된 에코신호는 도선(12)을 통해 수신부(5)내의 신호 증폭회로(9)에 인가되고, 이 증폭회로(9)에서 증폭된 에코신호는 검파회로(10)에서 검파된 뒤 파형정형회로(11)를 통해 디지탈신호로 변환되어 마이컴(3)에 인가된다. 한편 상기 마이컴(3)은 입력단에서 인가된 신호와 상기 초음파 발진회로(6)으로부터 출력된 펄스신호의 입출력타이밍을 분석하여 실내의 벽면까지 거리를 분석하고 기 설정된 프로그램에 따라 냉난방능력을 결정하게 되는 것이다.

즉, 상기 수신부(5)로부터 마이컴(3)에 인가되는 에코신호는 마이컴(3)내의 신호처리부(13)에 인가되고 그후 신호처리부(13)에서는 에코신호를 샘플링하여 초음파센서(1)로부터 초음파에너지가 방사된 후 고정반사물, 즉 실내의 벽면에서 반사되어 다시 초음파센서(1)로 도달할 때까지의 시간을 분석하고 상기 신호처리부(13)의 후단에 접속된 중앙처리장치(14)에서 벽면까지의 거리를 판별하게 되는 것이다.

한편, 주발진회로(8)는 게이트회로(7)와 마이컴(3)내의 신호처리부(13)의 동작을 시간적으로 동기시켜주게 된다. 즉 상기 주발진회로(8)는 일종에 시스템타이머로서 클럭을 발생시켜 게이트회로(7)와 신호처리부(13)의 동작을 시간적으로 동기시켜주게 된다.

상기에서는 하나의 초음파센서(1)에 제어시스템이 접속되어 동작하는 과정에 대하여 설명하였으나 본 발명의 실시예가 실내의 면적을 측정하기 위해서는 적어도 3개 이상의 초음파센서가 필요하게 되며 이들 초음파센서는 상기 마이컴(3)에 접속되어 이 마이컴(3)에 내장된 프로그램에 따라 실내의 면적을 판별한 뒤 출력단에 접속된 부하 드라이버(16)를 제어함으로써 제1도에 도시된 공기조화기를 다단적으로 가변시켜주게 되는데, 본 발명에 있어서 공기조화기가 냉방용으로 사용될 경우에는 상기 부하(15)는 압축기를 말하여 난방용으로 사용될 경우에는 히트펌프를 말한다.

한편, 제3도에 도시된 바와 같이 실내공간을 직각좌표제로 볼 때 공기조화기(14)의 측면에 부착된 초음파센서(1)는 X축선상에 있는 벽면까지의 거리(d₁,d₃)를 분석하게 되고, 그 정면에 부착된 초음파센서(1)는, Y축선상에 있게되는 벽면까지의 거리(d₂)를 분석하게 하여 그 분석된 데이타를 마이컴(3)에 프로그램으로 기 셋팅된 다음의 식(1)에 대입하여 냉난방면적(S)을 산출하게 된다.

S=d₁·D(S₁)+d₁·d₂(S₂)+W·d₂(S₃)+d₂·d₃

(S₄)+d₃·D(S₅) ……………………………………………………………… (1)

상기 공식(1)에서 D는 공기조화기(14)의 폭을 나타내고, W는 그 길이를 나타낸다.

상기에서는 초음파센서 3개를 이용하여 실내면적을 산출하였으나 이는 사각의 평면의 갖는 실내에 적용할 때 그 면적을 용이하게 산출할 수 있는 것이며, 실내공간이 더 많은 각을 이루거나 원형을 이루게 될 경우에는 실내면적을 산출함에 있어 오차가 생기게 된다. 따라서 본 발명에서는 초음파센서를 기기의 코너 부위마다 추가로 설치함으로써 보다 정확한 면적을 산출하여 그에 적정한 냉난방 능력을 결정하게 된다.

본 발명은 실내의 면적을 산출하여 냉난방능력을 결정하는 것에 대하여 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 제4도(a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 실내공간을 공간좌표계로 볼 때 실내의 체적을 산출함으로써 냉난방능력을 결정할 수도 있다.

즉, 제4도에 도시된 바와 같이 공기조화기본체(14)의 상단면과 하단면에 초음파변환기센서(1)를 추가로 설치하여 공기조화기(14)와 바닥면간의 거리(H) 그리고 공기조화기본체와 천정간의 거리(d4)를 추가분석하고 그 분석된 데이타를 마이컴(3)에 프로그램으로 기 셋팅된 다음의 공식(2)에 대입하여 냉난방체적(V)을 산출하게 된다.

V = d₁·D·(d₄+H)+d₁·d₂·(d₄+H)+d₂+W·

(d₄+H)+d₃·D·(d₄+H)+d₃·D·(d₄+H)+

D·W·(d₄+H) ……………………………………………………………… (2)

다음에는 제5도에 도시된 플로우챠트를 참조하여 본 발명에 적용되는 냉난방제어방밥에 대하여 설명한다.

먼저 스텝 S₁에서 동작전원을 온시킨 후 사용자가 설정 실내온도를 마이컴(3)에 입력한다. 이에 따라 공기조화기가 가동하면서 설정된 모드에 따라 냉방 또는 난방을 실시하게 되는데, 이때 스텝 S₂에서는 초음파센서(1)가 초음파에너지를 방사하고 동시에 실내벽면에서 반사된 에코신호를 수신하게 된다.

그러면 상기 마이컴(3)에 구성된 중앙처리장치(14)에서는 스텝 S₃에서 초음파 펄스신호가 초음파센서(1)로부터 방사된 뒤 다시 반사되어 도달할 때까지의 시간을 산출하는데, 그 시간(T)은 다음의 공식(3)에 의거하여 산출하게 된다.

T = 2d/c ……………………………………………………………… (3)

상기 식(3)에서 d는 마이컴이 분석한 실내벽면까지의 거리를 나타내고 c는 초음파의 속도를 나타낸다.

그후 마이컴(3)은 공식(3)에서 산출한 거리(d)데이터를 상기 공식(1)에 대입하여 실내면적(S)을 산출한 후 스텝 S₄에서 면적데이터(S)를 제품 생산 과정에서 상기 마이컴(3)에 기 프로그램된 제품의 표준냉난방 능력에 따른 면적과 비교하게 된다.

상기에서 표준냉방능력이라함은 제품의 냉난방능력을 강, 중, 약 3단계로 구성할 때 중 해당하는 것을 말하며 이는 면적(S')로 표현할 수 있다.

따라서 상기 스텝 S₄에서는 초음파센서에 의해 검출된 공기조화기의 설치장소에 따른 면적(S)과 표준냉난방능력에 따른 면적(S')을 비교하여 설치면적(S)이 표준냉난방면적(S')보다 클 경우(SS')에는 마이컴(3)이 그 출력단에 접속된 부하드라이버(16)를 제어하여 제1도에 도시된 부하(15)를 고속으로 동작시켜 공기조화기를 강 의 운전범위에서 작동시키게 되고 스텝 S₅에서 그 면적이 같은 경우(S=S')에는 부하(15)의 구동속도를 한단계 낮추어 중 의 운전범위에서 작동시키게 된다.

또한 스텝 S₆에서 설치면적(S)이 표준냉난방면적(S')보다 작을 경우(SS')에는 부하(15)의 구동속도를 더욱 낮추어 약의 운전범위에서 작동시키게 되는데, 이들 강, 중, 약 운전범위는 다시 세분화하여 1단, 2단, 3단으로 공기조화기를 동작시킬 수 있다. 즉 냉방을 실시할 경우 도시되지 않은 실내온도센서가 감지한 결과 현재의 실내온도가 설정 실내온도보나 높을 경우에는 강냉의 1단으로 동작시키게 되고, 현재의 실내온도가 설정실내온도와 같은 경우에는 중냉의 2단, 그리고 현재의 실내온도가 설정온도보다 낮을 경우에는 약냉의 3단으로 공기조화기를 동작시키게 된다. 한편 공기조화기를 난방용으로 사용할 경우에는 상기 냉방을 실시할 때와는 반대로 동작하게 된다.

즉, 현재의 실내온도가 설정온도보다 높을 경우에는 약난방의 3단으로 동작시키게 되고, 실내온도가 설정온도와 같은 경우에는 중난방의 2단으로, 그리고 현재의 실내온도가 설정온도보다 낮은 경우에는 강난방의 1단으로 동작시키게 되는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명 냉난방제어장치는 초음파센서와 마이크로 컴퓨터를 이용하여 실내의 냉난방 면적을 판별한 뒤 냉난방능력을 자동으로 조절함으로써 냉난방 효율을 향상시키고 소비전력 또한 절감할 수 있는 효과가 있게 되는 것이다.

Claims (5)

1. 공기조화기의 냉난방 능력을 조절하는 공기조화기의 냉난방제어장치에 있어서, 펄스신호를 출력하는 송신부와, 상기 송신부의 출력신호를 받아서 초음파에너지로 변환해서 초음파에너지를 실내벽면에 방사하여 그 에코신호를 수신하는 초음파센서와, 상기 초음파센서가 수신한 에코신호를 수신하는 수신부와, 상기 송신부에서 펄스신호와 출력타이밍 데이터 및 상기 수신부의 에코신호를 받아 실내의 냉난방 부하를 판별하는 마이크로 컴퓨터와 상기 마이크로 컴퓨터에서 출력되는 냉난방 제어신호에 따라 부하를 다단적으로 구동시키는 드라이버로 이루어진 것을 특징으로 하는 공기조화기의 냉난방제어장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 송신부는 상기 초음파센서에서 초음파에너지로 변환되는 펄스신호를 발생하는 초음파발진회로와, 상기 초음파센서로 출력되는 펄스신호를 게이트하는 게이트회로와, 상기 게이트회로에서 출력되는 펄스신호를 고전압으로 승압하는 승압회로와, 상기 게이트회로와 마이크로 컴퓨터를 동기시켜 주는 클럭을 발생하는 주발진회로로 이루어진 것을 특징으로 하는 공기조화기의 냉난방제어장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 수신회로는 초음파센서로 수신된 에코신호의 이득을 높히고 잡음성분을 제거하는 증폭회로와, 상기 증폭회로에서 출력되는 증폭신호중에서 에코신호파만을 검파하는 검파회로와, 아날로그의 에코신호를 디지탈 신호로 변환하는 파형정형회로로 구성된 것을 특징으로 하는 공기조화기의 냉난방 제어장치.
4. 제1항에 있어서 상기 마이크로 컴퓨터는 S = d₁·D+d₁·d₂+W·d₂₊d₂·d₃+d₃·D에 의거하여 실내의 면적(S)에 따른 냉난방부하를 산출하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 냉난방제어장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 컴퓨터는 V = d₁·D·(d₄+H)+d₁·d₂·(d₄+H)+d₂+W·

   (d₄+H)+d₃·D·(d₄+H)+d₃·D·(d₄+H)+D·W(d₄+H)에 의거하여 실내의 체적에 따른 냉난방부하를 산출하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 냉난방제어장치.